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1[소방간부후보생 물리학개론] 26년 1회차
그림 (가)와 같이 실로 연결된 두 물체 A, B가 빗면을 따라 크기가 aa인 가속도로 등가속도 운동을 하다가, (나)와 같이 (가)에서 실이 끊어져 A는 빗면을 따라 크기가 2a2a인 가속도로 등가속도 운동을 하였다. 빗면이 수평면과 이루는 각은 각각 30°, 60°이고, A, B의 질량은 각각 mAm_{\mathrm{A}}, mBm_{\mathrm{B}}이다.

mBmA\frac{m_{\mathrm{B}}}{m_{\mathrm{A}}}는? (단, 실의 질량과 모든 마찰은 무시한다)
문제 이미지
1
2−32-\sqrt{3}
2
23−32\sqrt{3}-3
3
4−234-2\sqrt{3}
4
3−1\sqrt{3}-1
5
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해설

mBmA=23−3\dfrac{m_{\mathrm{B}}}{m_{\mathrm{A}}}=2\sqrt{3}-3이다.

실이 끊어진 뒤 A는 60° 빗면에서 중력 성분만 받으므로 2a=gsin⁡60∘2a=g\sin60^{\circ}, 즉 a=34ga=\dfrac{\sqrt{3}}{4}g이다.

실로 연결된 상태: (mA+mB)a=mAgsin⁡60∘−mBgsin⁡30∘(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})a=m_{\mathrm{A}}g\sin60^{\circ}-m_{\mathrm{B}}g\sin30^{\circ}
대입: 34(mA+mB)=32mA−12mB⇒mBmA=32+3=23−3\dfrac{\sqrt{3}}{4}(m_{\mathrm{A}}+m_{\mathrm{B}})=\dfrac{\sqrt{3}}{2}m_{\mathrm{A}}-\dfrac{1}{2}m_{\mathrm{B}}\Rightarrow\dfrac{m_{\mathrm{B}}}{m_{\mathrm{A}}}=\dfrac{\sqrt{3}}{2+\sqrt{3}}=2\sqrt{3}-3

  • 2−32-\sqrt{3} — 이 비라면 연결 상태 가속도가 약 0.58g로, (나)의 절반인 약 0.43g와 맞지 않는다.
  • 4−234-2\sqrt{3} — 연결 상태 가속도가 약 0.39g가 되어 맞지 않는다.
  • 3−1\sqrt{3}-1 — 연결 상태 가속도가 약 0.29g가 되어 맞지 않는다.
  • 질량이 같은 경우 — 연결 상태 가속도가 약 0.18g가 되어 맞지 않는다.

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